Текст книги "Мозг – повелитель времени"

5:00
ВРЕМЕННЫ́Е ОБРАЗЫ

Прости меня, когда я целую этого парня.

ПРИПИСЫВАЕТСЯ ДЖИМИ ХЕНДРИКСУ

Возможно, вы никогда об этом не задумывались, но в процессе любого разговора ваш мозг усердно отсчитывает длительность каждого слога, пауз между словами и общий ритм речевого потока, колеблющего ваши барабанные перепонки.

Минимальные единицы звукового строя языка – фонемы – составляют набор звуков каждого языка (между буквами и фонемами существует приблизительная корреляция, однако одна и та же буква может соответствовать разным фонемам, например, английская буква g в словах gun [ган] и gin [джин]). В большинстве случаев смысл фразы определяется последовательностью фонем. Однако иногда одна и та же последовательность фонем может иметь совершенно разное значение, что приводит к двусмысленности:

Пар усов – пару сов – парусов

Италия – и та ли я – и талия

Казнить, нельзя помиловать – Казнить нельзя, помиловать

Подобные двусмысленности обычно можно разрешить за счет других нюансов произношения, включая длительность слогов, интонацию, ударения и паузы между словами. Например, самый простой способ произнести эти фразы однозначным образом заключается в том, чтобы подчеркнуто выдерживать паузы между словами. В последней фразе более длинная пауза между словами «нельзя» и «помиловать» означает, что казнить нельзя, а более длинная пауза между словами «казнить» и «нельзя» означает, что нужно казнить. Скорость речи тоже помогает передать смысл. Рассмотрим предложение: Мы встретили девушку с тортом. Кто был с тортом – мы или девушка? Если сжать словосочетание «девушку с тортом», получится, что с тортом была девушка, а если это словосочетание растянуть, получится, что с тортом были мы103103
  Речь – чрезвычайно избыточный аппарат: обычно у нас существует несколько разных способов пояснить неоднозначные высказывания. И скорость речи – лишь один из этих способов. Другие – контекст и интонация. Несколько примеров статей, описывающих роль временны́х аспектов в человеческой речи: Lehiste, 1960; Lehiste et al., 1976; Aasland and Baum, 2003; Schwab et al., 2008.


[Закрыть].

Неприятный результат подобной неоднозначности наблюдается достаточно часто, когда люди поют любимые песни с перевранными словами. Путаница может возникать по той причине, что исполнителям порой приходится изменять ритм фраз, чтобы попадать в ритм музыки (а иногда у исполнителей просто плохое произношение). Для такой слуховой путаницы есть даже специальное слово – мондегрин104104
  Мондегрин – ослышка, путаница между словами при восприятии на слух. Термин происходит от строчки шотландской баллады «The Bonny Earl of Murray», где вместо «laid him on the green» слышится «Lady Mondegreen». – Прим. перев.


[Закрыть]. Известный мондегрин есть в песне Джими Хендрикса «Purple Haze» («Фиолетовый туман»): строчку «excuse me while I kiss the sky» (прости меня, когда я целую небеса) многие слышат как «excuse me while I kiss this guy» (прости меня, когда я целую этого парня). Как и в разговорной речи, такие двусмысленности отчасти связаны с ритмом и могут быть разрешены путем четкого разделения слов и выдерживания пауз.

Время – важный фактор и для дискриминации отдельных фонем. Например, различие в произношении «б» и «п» отчасти достигается за счет так называемого времени начала озвончения – интервала времени между взрывным высвобождением воздуха и началом колебания голосовых связок. Положите руку на горло и произнесете слог «па». Возможно, вы почувствуете, что между открыванием рта и началом вибрации голосовых связок есть небольшой промежуток времени. А если вы сделаете то же самое, когда произносите слог «ба», заметить этот интервал вы, скорее всего, не сможете. Время начала озвончения для слога «па» обычно составляет около 30 мс, а для слога «ба» – менее 20 мс. И тот факт, что мы различаем эти слоги на слух, означает, что наша система восприятия звука имеет часовой механизм, позволяющий распознавать столь короткие временны́е интервалы.

Соблюдение ритма в диапазоне временны́х интервалов от нескольких сотен миллисекунд до нескольких секунд имеет большое значение в просодике – учении о ритме музыки и речи. Эмоции, сарказм и вопрос мы выражаем с помощью интонаций, ритма и скорости произнесения слов и фраз.

Словосочетание «хорошая идея» может быть как одобрением, так и насмешкой – в зависимости от интонации говорящего. Изменение темпа речи путем сжатия или растяжения фраз говорит об эмоциональном настрое человека.

В одном исследовании немецких ораторов попросили выслушать фразы и оценить эмоциональное состояние оратора. Когда участники слышали фразы, высказанные с горечью, они характеризовали состояние человека соответствующим образом. Но когда те же фразы произносились быстрее, состояние говорящего большинство оценивало как испуганное или нейтральное. Важно, что эмоции, передаваемые с помощью интонаций, не имеют языковых ограничений. Когда те же фразы оценивались американцами, не говорящими по-немецки, их выводы были такими же, как у немцев. Аналогичным образом, если речь модифицировали таким образом, что слова становились неразличимы, но общий «контур» речи сохранялся, слушатели по-прежнему могли оценить эмоциональное состояние говорящего. Вы ведь наверняка слышали приглушенные звуки речи, доносящиеся из-за стены: даже если вы не можете разобрать отдельных слов, вы вполне способны оценить, дружеский это разговор или враждебный105105
  Breitenstein et al., 2001a; Breitenstein et al., 2001b; Taler et al., 2008.


[Закрыть].

СКОРОСТЬ РЕЧИ И ЮМОР

Считается, что скорость речи играет важную роль в комедии. Я не уверен, что это утверждение тщательно проверялось в лаборатории… или на животных, однако актер Саша Барон Коэн чудесным образом продемонстрировал значение ритма речи в фильме «Борат: изучение американской культуры на благо славного народа Казахстана». В одной сцене инструктор по юмору объясняет шутку со словом «не очень». Фраза не очень смешная, но «комический потенциал» у нее есть:

Этот костюм черный. Не очень!

Борат пытается повторить фразу:

Этот костюм не очень черный.

Этот костюм черный не очень.

Этот костюм черный. Не очень!

Согласен, все это не так уж смешно. Но какую роль в этой шутке играет время? Немаловажный фактор – неожиданность. Чтобы получилось весело, фраза должна быть неожиданной, но все же осмысленной. «Костюм черный, черная фасоль!» – звучит неожиданно, но вовсе не смешно106106
  Brownell and Gardner, 1988.


[Закрыть]. Кроме того, неожиданность, по-видимому, должна возникать в совершенно определенный момент. Мозг в режиме реального времени постоянно делает предсказания, что должно произойти в ближайшем будущем и когда именно: возможно, чтобы было смешно, неожиданная концовка (кульминация) должна произойти в ожидаемое время. Если концовка происходит слишком рано, сюрприза не будет, поскольку мозг еще не предсказал, что же должно случиться. С другой стороны, если кульминационный момент слишком долго откладывается, слушатель мысленно включается в следующий раунд предсказаний: сюрприз заключается в том, что ничего не происходит, однако это странно, но не смешно.

«ДЕТСКАЯ» РЕЧЬ

Почти любой человек, пытающийся выучить иностранный язык во взрослом возрасте, жалуется, что носители языка говорят слишком быстро107107
  Aasland and Baum, 2003.


[Закрыть]. Слушать иностранную речь – все равно что пытаться узнать человека на платформе, находясь в движущемся вагоне метро: мозг пытается зацепиться за любое характерное лицо, но все лица сливаются в одно пятно. Замедление речи помогает новичкам выделить из череды фонем отдельные слова.

По-видимому, у детей возникает похожая проблема при изучении родного языка, так что в разговоре с детьми взрослые автоматически замедляют речь и выделяют отдельные слова. Такую манеру речи называют «детской» речью («motherese»). «Детская» речь характеризуется повышением тона, длинными гласными и увеличенными паузами между словами. Например, когда взрослые люди разговаривают между собой, паузы между фразами обычно составляют около 700 мс, а в разговоре с детьми это значение достигает 1 секунды. Кроме того, как и взрослые, изучающие иностранный язык, дети лучше различают слова, когда они произносятся в замедленном темпе, с сильным нажимом и интонацией «детской» речи108108
  Grieser and Kuhl, 1988; Bryant and Barrett, 2007; Broesch and Bryant, 2015.


[Закрыть]. Замедление речи помогает детям и взрослым разобрать фразы – понять, где заканчивается одно слово и начинается другое, и не соединять между собой фонемы из разных слов. В следующей главе мы увидим, что это может быть связано с тем, как мозг обрабатывает поток информации и определяет время в диапазоне от десятков до сотен миллисекунд.

Речь многогранна: в ней множество параметров, включая последовательности фонем и интервалы между фонемами, длительность гласных, паузы между словами, интонацию, ударения, скорость и общую просодию. Для восприятия многих из этих параметров мозг слушателя должен уметь отсчитывать время. Аналогичным образом, говорящий тоже должен уметь структурировать речь во временном измерении, орудуя языком, губами и голосовыми связками, выдерживая паузы и сохраняя ритм дыхания. В целом мозг слушателя и говорящего должен решать сложный набор проблем, связанных с отсчетом времени, и эта задача, скорее всего, не под силу простому часовому механизму.

АЗБУКА МОРЗЕ

Мы видим, что люди и животные выполняют целый ряд задач, связанных с отсчетом времени: оценивают интервал между прибытием звука в левое и правое ухо, предвидят переключение сигнала светофора и чувствуют вращение Земли вокруг ее оси. Эти задачи связаны с определением длительности различных интервалов времени – временно́й эквивалент определения длины предметов. Напротив, восприятие речи и музыки требует распознавания сложных ритмических структур: нужно уметь складывать воедино множество фрагментов временны́х образов.

Время для восприятия речи и музыки – то же, что пространство для распознавания визуальных образов. Распознавание лица на картине – пространственная задача: необходимая информация кроется в пространственном взаиморасположении отдельных элементов рисунка. Но это еще и иерархическая проблема: информация нижнего уровня (прямые и изогнутые линии) интегрированы в общее изображение. Круг – всего лишь круг, но пара расположенных рядом концентрических кругов становится глазами; поместите их в еще один круг, и вы получите лицо, и так далее, пока на картине не появится группа людей.

Речь и музыка – временно́й эквивалент визуальной картины: для их восприятия необходимо понимать иерархию встроенных временны́х образов109109
  Bregman, 1990.


[Закрыть]. Для распознавания речи нужно уметь отслеживать признаки элементов с различной длительностью: фонем, гласных звуков, слов, фраз и предложений. В каком-то смысле определение иерархии временны́х образов более сложная задача, чем определение иерархии пространственных образов, поскольку требует использования памяти. Все элементы визуального рисунка одновременно присутствуют на бумаге, а элементы музыки и речи сменяют друг друга во времени, так что каждый элемент необходимо интерпретировать в контексте элементов, уже переместившихся в область прошлого.

Возможно, лучшим примером сложной работы мозга по обработке временны́х образов является азбука Морзе. Речь и музыка основаны на информации, закодированной в виде временно́й последовательности звуков, однако немалая доля информации содержится и в высоте звука. Высоту звука можно сравнить с пространственной информацией – с направлением линии на листе бумаги. Может возникнуть небольшая путаница, поскольку высота связана с частотой звука, а частота – одно из физических свойств звука, измеряемых в единицах в секунду (это интервал между повторяющимися колебаниями звуковых волн). Однако звуковые частоты воспринимаются слуховыми клетками (волосковыми клетками), расположенными в пространстве улитки уха. Поэтому для центральной нервной системы определение высоты звука является пространственной задачей, сродни поиску клавиш на фортепьяно. Азбука Морзе не зависит от высоты звука и не имеет какой-либо «пространственной» составляющей, поэтому в азбуке Морзе все определяет время.

Азбука Морзе состоит из двух элементов – точек и тире. Вся разница между ними заключается в длительности, так что для общения с помощью азбуки Морзе нужен единственный коммуникационный канал, по которому звук или свет может проходить в обоих направлениях в соответствии со сложным временны́м ритмом. Таким кодом легко пользоваться: сообщения можно передавать, просто закрывая глаза на более или менее долгое время. Знаменитый пример – история американского летчика Джереми Дентона, который во время войны во Вьетнаме попал в плен. Его вынудили дать пропагандистское интервью для телевидения, во время которого он рассказывал, что получает нормальное питание, одежду и медицинскую помощь, но при этом несколько раз проморгал слово «torture» (пытка)110110
  http://www.washingtonpost.com/national/jeremiah-a-denton-jr-vietnam-pow-and-us-senator-dies/2014/03/28/1a15343e-b50011e3-b899-20667de 76985_story.html.


[Закрыть].

Длительность точек и тире зависит от общей скорости передачи информации с помощью азбуки Морзе, которая измеряется в количестве слов в минуту. При скорости 10 слов в минуту длительность каждой точки и тире составляет соответственно 120 и 360 мс. Но паузы тоже несут информацию: при такой скорости передачи паузы между буквами составляют 360 мс (в три раза больше длительности точки), а паузы между словами – 840 мс (в семь раз больше длительности точки). Текст

читается как «what is time» (что такое время). Наиболее длинные пробелы соответствуют промежуткам между словами. Вся информация содержится в длительности звуков, интервалов между ними и общей структуре «фраз». Но, как и в речи, здесь тоже есть интонация, и говорят, что по небольшим вариациям длительности эксперты способны уловить «акцент» человека, передающего информацию. Для неопытного уха прослушивание азбуки Морзе напоминает прослушивание речи на незнакомом языке: нельзя понять, когда заканчивается одна буква, и начинается другая. Каждый следующий сигнал просто наслаивается на предыдущий, так что невозможно уловить разницу между последовательностями:

Специалист, конечно же, не должен считать все эти точки и думать о том, где одна буква, а где другая – как вы не должны замирать и думать, был ли произнесен звук «т», позволяющий различить слова «нейрон» и «нейтрон».

Так как же обучаются азбуке Морзе? Постепенно. Никто не начинает обучаться со скоростью 20 слов в минуту: люди начинают работать в медленном темпе, постепенно его наращивая. Например, метод Фарнсуорта заключается в том, что буквы передаются с нормальной скоростью, а вот паузы между буквами и словами удлиняются. Это позволяет выучивать буквы как единые «временны́е объекты», а удлинение пауз помогает разграничить буквы и слова, чтобы они не накладывались друг на друга111111
  www.arrl.org/files/file/Technology/x9004008.pdf (7/8/15).


[Закрыть]. Другими словами, люди учат азбуку Морзе, начиная с «детского» языка Морзе.

УЧИМСЯ ОПРЕДЕЛЯТЬ ВРЕМЯ

Даже тот, кто никогда не учил азбуку Морзе, легко отличит точку (120 мс) от тире (360 мс). Также и в музыке несложно распознать ноты длительностью одна восьмая (250 мс) и одна четверть (500 мс) при ритме 120 ударов в минуту. Но как это делает мозг? И улучшается ли эта способность с опытом? Поиски ответов на эти вопросы значительно расширяют наше понимание того, как мозг определяет время.

С одной стороны, можно представить себе, что мозг использует некий универсальный нейронный секундомер, работающий в интервале от нескольких миллисекунд до нескольких секунд. Но, с другой стороны, мы уже говорили о том, что мозг должен иметь несколько разных нейронов или сетей нейронов для восприятия разных временны́х интервалов – коллекцию песочных часов разного объема. Чтобы понять, какая гипотеза правильная, нужно попытаться установить, можно ли с помощью тренировки улучшить восприятие временны́х интервалов, и если да, то как.

Изучением способности различать интервалы времени начали заниматься еще в конце XIX в., однако окончательный ответ на вопрос о роли практики был получен только в 1990-х гг. Одно из первых систематических исследований на эту тему было проведено в Калифорнийском университете в Сан-Франциско Беверли Райтом, мной и нашими коллегами Генри Манком и Майклом Мерзеничем. Мы проводили стандартный эксперимент по дискриминации112112
  То есть по различению. – Прим. ред.


[Закрыть] временны́х интервалов, в котором просили участников сравнить пару интервалов и ответить, который из них – первый или второй – был длиннее. В этом задании каждый интервал прерывался двумя короткими звуками (по 15 мс каждый). Например, в первом случае это могли быть два звука, разделенные стандартным интервалом длительностью 100 мс, а во втором случае два звука разделялись так называемым интервалом сравнения длительностью 120 мс (рис. 5.1). Различие в длительности стандартного интервала и интервала сравнения (в данном случае 20 мс) обозначается символом ∆t (дельта-t). Если участник эксперимента все время правильно идентифицировал длинные и короткие интервалы длительностью 100 и 120 мс, следовательно, его внутренний таймер имеет разрешение менее 20 мс.

Изменяя значение ∆t, можно оценить точность таймеров мозга. Сначала мы оценили пороговые значения для восприятия стандартных интервалов 50, 100, 200 и 500 мс для всех участников. Нужно отметить, что пороговые значения были разными для всех стандартных интервалов, и это общее правило для дискриминации стимулов разной величины. Возможно, вы сумеете определить разницу в весе между двумя предметами массой 100 и 120 грамм, но не между предметами массой 1000 и 1020 грамм. Иными словами, для восприятия важно не абсолютное, а относительное различие между двумя стимулами. Пороговые значения для дискриминации интервалов времени колебались в пределах от 15 до 25%. Например, для стандартного интервала 100 мс среднее значение порога дискриминации составляло 24 мс: в среднем люди могут воспроизводимо различить интервалы длительностью 100 и 124 мс. Получив этот первичный опыт в первый день исследований, участники эксперимента прошли десятидневную тренировку, во время которой по часу в день они тренировались различать интервалы времени в этом диапазоне величин. После тренировки показатели улучшились: среднее пороговое значение для стандартного интервала длительностью 100 мс сократилось с 24 до 10 мс. Это означает, что практика каким-то образом улучшает качество таймера, находящегося у нас в голове. Но человек – сложное существо. Возможно, практика не улучшила восприятие времени как таковое, а просто научила людей лучше концентрироваться на выполнении задания. Однако ответ на второй (более интересный) вопрос указал на несостоятельность такой интерпретации.

Рис. 5.1. Задача по дискриминации длительности интервалов времени

Учитывая, что люди смогли улучшить свои результаты в оценке интервалов времени около 100 мс, мы попробовали установить, получится ли это и с другими интервалами. Обратите внимание: если мы считаем, что мозг имеет некий нейронный секундомер, занимающийся отсчетом времени во всем интервале от 50 до 500 мс, и что этот секундомер поддается корректировке практикой, можно было ожидать улучшения показателей в оценке всех интервалов времени, даже если участники тренировались только в интервале длительностью 100 мс. Напротив, если мозг использует специализированные секундомеры для каждого интервала времени, тренировка в интервале 100 мс никаким образом не влияет на точность оценки других временны́х интервалов. Именно такая ситуация и наблюдалась на практике. Хотя десять дней тренировок значительно улучшили способность людей различать временны́е интервалы в диапазоне около 100 мс, они никак не изменили пороговые значения для интервалов 50, 200 или 500 мс113113
  Wright et al., 1997. Кроме того, участники эксперимента улучшали показатели в «пространственном» измерении: тренируясь на интервале 100 мс, ограниченном двумя звуками на частоте 1 кГк, они лучше узнавали этот же интервал, ограниченный звуками на частоте 4 кГц. И последующие исследования показали, что после тренировки люди могут переносить полученный опыт на определение того же интервала в другой модальности. Например, тренировка на соматосенсорных стимулах улучшала результаты в распознавании слуховых стимулов (Nagarajan et al., 1998). Я не обсуждаю здесь эти результаты во всех подробностях по той причине, что эта генерализация по различным пространственным каналам, возможно, не всегда связана с обучением. В частности, генерализация по различным интервалам в слуховой модальности происходит лишь после обучения на тренировочных интервалах (Wright et al., 2010).


[Закрыть]. Если бы улучшение показателей для интервала 100 мс достигалось за счет концентрации внимания, мы бы наблюдали улучшение результатов и в других экспериментах, но этого не произошло. Еще более важно, что этот результат, который с тех пор неоднократно воспроизводился в других исследованиях114114
  Обзор исследований, показывающих, что обучение распознаванию интервалов зависит от величины интервала: Bueti and Buonomano, 2014.


[Закрыть], говорит о том, что хотя мозг определяет время в пределах долей секунды, судя по всему, не существует никакого универсального секундомера, который мог бы работать во всем этом интервале.

НАШЕ ЕСТЕСТВЕННОЕ ЖЕЛАНИЕ ПРИХЛОПЫВАТЬ РУКОЙ ИЛИ КАЧАТЬ ГОЛОВОЙ В ТАКТ МУЗЫКИ ЛИШНИЙ РАЗ ГОВОРИТ О ТОМ, ЧТО МОЗГ ЧЕЛОВЕКА УМЕЕТ ПРЕДСКАЗЫВАТЬ. ВЫ ПРИТОПТЫВАЕТЕ НОГОЙ НЕ В ОТВЕТ НА КАЖДЫЙ УДАР КЛАВИШ ИЛИ УДАРНЫХ: ВАШ МОЗГ ЗАГЛЯДЫВАЕТ НА НЕСКОЛЬКО СОТЕН МИЛЛИСЕКУНД ВПЕРЕД, ПРЕДСКАЗЫВАЕТ СЛЕДУЮЩИЙ ТАКТ И СИНХРОНИЗИРУЕТ С НИМ ВАШИ ДЕЙСТВИЯ.

Поскольку точность оценки времени улучшается с практикой, кажется логичным, что люди, профессия которых требует постоянного отслеживания времени (например музыканты), в подобных экспериментах должны показывать более высокие результаты. Одно из первых исследований такого рода было проведено Ричардом Иври и его коллегами, тогда работавшими в Университете Орегона. Исследователи просили пианистов и людей, не имевших отношения к музыке, нажимать на клавишу одновременно со звуковым сигналом, раздававшимся через каждые 400 мс, а затем продолжать делать то же самое в том же ритме, но уже без сигнала. Ритм нажатий на клавишу у музыкантов был гораздо менее вариабельным (более постоянным), чем у не-музыкантов. Аналогичным образом, пианисты показали значительно более точные результаты при оценке временных интервалов порядка 400 мс115115
  Keele et al., 1985.


[Закрыть]. Еще в одном исследовании подтвердилось, что пороги дискриминации для стандартных интервалов 50 и 100 мс у музыкантов были значительно ниже, чем у других людей. Но даже среди музыкантов показатели разнились. Например, оказалось, что барабанщики точнее оценивают интервалы времени порядка 1 с, чем исполнители на струнных инструментах116116
  Исследование с интервалами 50 и 100 мс: Rammsayer et al., 2012. Исследование с участием барабанщиков: Cicchini et al., 2012.


[Закрыть]. В целом при выполнении самых разных упражнений по оценке интервалов времени музыканты показывают результаты примерно на 20% точнее, чем не-музыканты.

ДЕРЖИМ РИТМ

В той или иной форме музыка присутствует в любой человеческой культуре. Ключевой элемент музыки – такт, необходимый для поддержания ритма. Наше естественное желание прихлопывать рукой или качать головой в такт музыки лишний раз говорит о том, что мозг человека умеет предсказывать. Вы притоптываете ногой не в ответ на каждый удар клавиш или ударных: ваш мозг заглядывает на несколько сотен миллисекунд вперед, предсказывает следующий такт и синхронизирует с ним ваши действия. Синхронизация наших движений с музыкальным ритмом настолько естественна, что нам проще поддерживать ритм музыки, чем его нарушить. Однако большинство животных не обладают чувством ритма.

Дело не в том, что животные не разделяют нашей любви к музыке, скорее, им не хватает чувствительных и двигательных способностей, необходимых для синхронизации движений с периодическим стимулом. Любители YouTube тут же мне возразят, что интернет переполнен видео с домашними любимцами, радостно подпрыгивающими в такт какой-нибудь поп-музыке. Однако многие из этих животных демонстрируют так называемый «эффект умного Ганса»: они научились распознавать сигналы своих хозяев, как знаменитая лошадь Ганс, решавшая арифметические задачи, реагируя на непроизвольные подсказки своего хозяина. Но некоторые видео, особенно с участием птиц, могут быть вполне реальными.

Ученые вовсе не отказываются протестировать в экспериментах героев видео. Психолог Анируд Патель и его коллеги поработали со звездой YouTube белым попугаем Снежком117117
  https://www.youtube.com/watch?v=utkb1nOJnD4 (7/14/15).


[Закрыть]. В одном из видео Снежок выполняет движения телом и головой, которые нельзя назвать иначе, как танцем, под песню «Everybody» группы Backstreet Boys. Чтобы понять, действительно ли Снежок следует ритму или воспроизводит серию заученных движений, исследователи замедляли и ускоряли темп музыки и следили за движениями птицы. Если при каждом такте голова находится примерно в одном и том же положении, можно сказать, что движения синхронизированы с музыкой. Совершенно определенно, при разном темпе музыки движения Снежка были синхронизированы с музыкой, и это означает, что он предвидел следующий такт, хотя, кажется, отдавал предпочтение более быстрому ритму118118
  Patel et al., 2009.


[Закрыть].

Но птицы – это исключение. Обезьяны способны научиться воспроизводить размеренные движения, но даже простая задача по синхронизации движений и звука им не под силу. В одном исследовании было показано, что даже после года тренировки макаки резус не могли нажимать на кнопку одновременно с периодически повторяющимся звуком, а делали это с небольшой задержкой119119
  Zarco et al., 2009. См. также Honing et al., 2012.


[Закрыть].

Почему такая примитивная, казалось бы, задача по поддержанию ритма столь сложна для наших братьев приматов, но не для птиц? Возможный ответ на этот вопрос дает гипотеза голосового обучения. Большинство млекопитающих, включая обезьян, собак и кошек, общаются между собой с помощью звуков – крика, рычания, лая или мяуканья, однако эта врожденная способность реализуется с привлечением весьма ограниченного набора «слов». Например, собаке не нужно знать, что рычание не означает «здравствуйте, пожалуйста, подойдите поближе». Лишь немногие животные обучаются производить специфические звуки в результате жизненного опыта и социальной активности. Кроме человека и некоторых видов птиц, выражаться голосом могут только киты и слоны. Самый известный пример – попугаи, которые способны научиться воспроизводить звуки, издаваемые другими птицами, или имитировать несколько слов из лексикона пиратов.

Для голосового обучения мозг должен слышать звуки и понимать, как их воспроизвести с помощью голосовых связок и мышц голосового аппарата. Совершенно очевидно, что для решения этой задачи необходима хорошая координация между слуховыми и двигательными центрами мозга. Такая же координация нужна для синхронизации движений с периодическими звуковыми стимулами. Возможно, та же сеть нейронов, которая помогает животным обучаться голосовому общению, объясняет их способность следовать музыкальному ритму120120
  Patel, 2006; Patel et al., 2014.


[Закрыть].

ОБЕЗЬЯНЫ СПОСОБНЫ НАУЧИТЬСЯ ВОСПРОИЗВОДИТЬ РАЗМЕРЕННЫЕ ДВИЖЕНИЯ, НО ДАЖЕ ПРОСТАЯ ЗАДАЧА ПО СИНХРОНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЙ И ЗВУКА ИМ НЕ ПОД СИЛУ. В ОДНОМ ИССЛЕДОВАНИИ БЫЛО ПОКАЗАНО, ЧТО ДАЖЕ ПОСЛЕ ГОДА ТРЕНИРОВКИ МАКАКИ РЕЗУС НЕ МОГЛИ НАЖИМАТЬ НА КНОПКУ ОДНОВРЕМЕННО С ПЕРИОДИЧЕСКИ ПОВТОРЯЮЩИМСЯ ЗВУКОМ, А ДЕЛАЛИ ЭТО С НЕБОЛЬШОЙ ЗАДЕРЖКОЙ.

Речь и музыка – активные занятия, заставляющие мозг постоянно предсказывать, что сейчас произойдет. В частности, для восприятия музыки нужно предчувствовать, какая нота и в какой момент прозвучит: оправдается это ожидание или нет, зависит от намерения композитора121121
  Meyer, 1961.


[Закрыть]. Таким образом, не удивительно, что для восприятия музыки необходимо как минимум иметь возможность следовать ритму, а синхронные движения в ответ на периодический стимул как раз и являются одним из основных критериев оценки предсказательной способности.

ПЕВЧИЕ ПТИЦЫ

Птицы не только танцуют, некоторые умеют еще и петь. По крайней мере, нам кажется, что они поют: на самом деле, они общаются друг с другом. В обучении человека языку и обучении птиц пению можно найти несколько параллелей. По этой причине певчие птицы стали важной моделью в исследовании таких вопросов, как обучение, общение, речь и отсчет времени122122
  Doupe and Kuhl, 1999.


[Закрыть].

Ухаживая за самкой, самцы зебровой амадины исполняют сложные песни. Молодые самцы обучаются этому у взрослых самцов, но могут также обучаться путем прослушивания аудиозаписей их песен. Как и в обучении человека, существует критический отрезок времени, во время которого птицы учатся владеть голосом. Если этот период на ранней стадии развития упущен, певчая птица никогда не научится нормально воспроизводить взрослую песню: самец, который никогда не слышал пения другого самца, сможет петь, но качество его пения вряд ли привлечет какую-нибудь самку.

В пении птиц, как в речи и музыке, существует временна́я иерархия элементов. Ноты складываются в слоги, а последовательность слогов формирует фразы. Один слог может длиться до нескольких сотен миллисекунд, длительность пауз между слогами обычно не превышает 100 мс, а песня целиком может звучать несколько секунд.

Устройство мозга самца и самки зебровой амадины заметно различается: у самцов есть несколько зон, необходимых для пения и обучения пению (самки амадины не поют). Один такой центр носит название HVC (не спрашивайте, что это значит, просто обозначение). Этот центр, по крайней мере отчасти, отвечает за ритм пения амадины. Нейроны в центре HVC возбуждаются в определенные моменты в процессе пения: например, один нейрон может возбуждаться на 100-й мс фразы, а другой – на 500-й123123
  Hahnloser et al., 2002; Long et al., 2010.


[Закрыть]. Можно себе представить цепь нейронов, в которой нейрон A активирует нейрон B, который затем активирует нейрон C и т. д. (рис. 5.2). В результате после возбуждения нейрона A происходит цепная реакция возбуждения нейронов A→B→C→D→E (на самом деле, каждое звено в этой цепи соответствует не одному нейрону, а целой группе нейронов).

Представьте себе, что вы используете в качестве таймера стопку падающих костяшек домино: если каждая костяшка падает через 100 мс после предыдущей, а затем все они возвращаются в исходное положение, можно подсчитать, что пятая костяшка падает примерно через 500 мс от начала отсчета, а десятая – примерно через одну секунду. Аналогичным образом, в соответствии с одной теорией (мы подробнее поговорим об этом в следующей главе), в некоторых случаях мозг узнает время по тому, какой именно нейрон в цепи возбужден в данный момент. По-видимому, нейроны HVC в мозге птиц используют этот механизм для поддержания ритма пения.

Однако одна из постоянных проблем нейробиологии заключается в разграничении корреляции и причинности: нам кажется, что нейроны HVC отвечают за пение, но мы не уверены, что именно в этом состоит их функция. Пытаясь решить проблему корреляции и причинности, нейробиологи Майкл Лонг и Майкл Фи, работавшие в Массачусетском Технологическом институте, предположили, что если нейроны HVC определяют ритм пения, замедление активности этих нейронов должно приводить к замедлению ритма песни124124
  Long and Fee, 2008.


[Закрыть].

Замедление активности группы нейронов – дело тонкое, но выполнимое за счет изменений локальной температуры конкретного участка мозга. Охлаждение биологической ткани обычно замедляет скорость метаболизма в этом участке. Нейроны не являются исключением. Например, у холоднокровных животных скорость прохождения потенциала действия по аксону и даже длительность самого потенциала действия зависят от внешней температуры (это одна из причин, почему теплокровные животные обычно имеют более быстрые рефлексы, чем холоднокровные).

Чтобы понизить температуру в области HVC, Лонг и Фи встраивали в мозг птиц крошечный охлаждающий элемент. Это позволяло понижать температуру этого центра во время пения на пять или шесть градусов по сравнению с температурой остального тела (чтобы заставить самцов петь, в соседние клетки помещали самок). Результат был однозначным. Охлаждение области HVC приводило к замедлению песенного ритма. Важно, что это замедление ритма одинаково сказывалось на всех элементах песни: отдельные ноты, слоги, паузы и длительность всей фразы целиком растягивались одинаковым образом, вплоть до 40%. В качестве контрольного эксперимента исследователи охлаждали двигательный центр, который тоже важен для пения (эта зона получает сигнал от HVC). Охлаждение этого центра не влияло заметным образом на ритм пения, и это означает, что эффект замедления ритма вызван замедлением активности внутри нейронов HVC, а двигательный центр находится в данном случае в подчиненном положении.